Hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong

1

Mục lục .............................................................................................................................1
Lời nói đầu ......................................................................................................................2
1. Tổng quan về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong ..................................3
1.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu của hệ thống................................................................3
1.2 Quy trình tháo, lắp cơ cấu phân phối khí....................................................................7
1.3 Hệ thống phân phói khí dùng trong động cơ 2 kỳ......................................................9
1.4 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ 4 kỳ....................................................12
1.5 Các chi tiết, cụm chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ 4 kỳ.........................17
1.6 Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại.......................................................................43


2

LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất
lượng, nó đóng một vai trũ quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xó hội, khoa học
cụng nghệ... Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu thuỷ,
máy bay và các máy động cơ cở nhỏ v.v..
Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trũ rất quan trọng.
Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là khảo sát hệ thống phân phối khí. Tuy là một
đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó không
những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đó học ở trường mà cũn cú
thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế. Hệ thống phân phối khí có
nhiều đặc điểm rất thú vị và đáng quan tâm, nghiên cứu. Do đó việc khảo sát hệ thống
phân phối khí thật sự đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Việt Thành, các thầy cô
trong khoa cùng với việc tỡm hiểu, tham khảo cỏc tài liệu liờn quan và vận dụng các kiến
thức được học, em đó cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của em
có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em

mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn.
Cuối cựng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn "Phạm Việt
Thành” cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đó nhiệt tỡnh giúp đỡ để em có thể hoàn
thành đồ án này.

Sinh viên thực hiện


3

1. Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong:
1.1. Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí:
1.1.1. Mục đích:
Thực hiện quá trình thay đổi khí trong buồng cháy động cơ:Thải sạch khí thải ra khỏi
xilanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ để động cơ làm
việc được liên tục.
1.1.2. Yêu cầu:
Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quá trình thay đổi khí như nạp đầy thải
sạch. Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để dòng khí
dễ dàng lưu thông. Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị cháy do lọt
khí. Xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp. Ít va đập, tránh gây mòn. Dễ dàng điều
chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.
1.1.3. Phân loại:
Cơ cấu phân phối khí có 3 loại: Loại dùng xu páp, loại dùng van trượt và loại hỗn hợp
(vừa dùng xu páp vừa dùng van trượt).
a) Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp
• Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp đặt
Sơ đồ cấu tạo:

Cơ cấu xu páp đặt

Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp đặt , toàn bộ cơ cấu phân phối khí đặt ở than máy
gồm có trục cam, con đội, xu páp, lò xo, cửa nạp và cửa xả. Trên con đội có lắp bu long


4

để điều chỉnh khe hở xu páp, lò xo lồng vào xu páp và được hãm vào đuôi xu páp bằng
móng hãm. Trục cam do trục khuỷu dẫn động qua cặp bánh rang hay đĩa xích.
Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay với tỉ số truyền ½, cơ cấu phân phối khí sẽ
làm việc như sau:
Khi đỉnh cam chưa tác dụng vào đuôi xu páp, lò xo đẩy xu páp đi xuống, cửa nạp
hoặc cửa xả được đóng lại.
Khi đỉnh cam quay lên, con đội tác dụng vào xu páp nâng xu páp lên, cửa nạp hoặc
cửa xả từ từ được mở ra. Khi con đội tiếp xúc ở vị trí cao nhất của cam thì cửa nạp hoặc
cửa xả được mở lớn nhất.
Trục cam tiếp tục quay, đỉnh cam quay xuống, lò xo căng ra đẩy xu páp đi xuống
đóng dần cửa nạp hoặc cửa
xả. khi con đội tiếp xúc tại vị trí thấp nhất của cam thì cửa nạp hoặc cửa xả được
đóng kín hoàn toàn.
Nếu động cơ tiếp tục làm việc, trục cam tiếp tục quay thì quá trình làm việc của cơ
cấu phân phối khí xu páp đặt lại được lặp lại như trên.
Trong cơ cấu phân phối khí xu páp đặt, toàn bộ cơ cấu phân phối khí được đặt ở
than máy do đó chiều cao của động cơ không lớn. Số chi tiết của cơ cấu ít nên lực quán
tính của cơ cấu nhỏ, bề mặt cam và con đội ít bị mòn. Tuy nhiên khó bố trí buồng cháy
gọn nên khó có tỉ số nén cao. Trước đây cách bố trí xu páp này được dùng phổ biến ở các
ô tô nhưng với lý do trên hiện nay chỉ dùng trong các động cơ xăng công suất nhỏ thôi.
• Cơ cấu phân phối khí xu páp treo
Cấu tạo:
Cơ cấu phân phối khí xu páp treo có đặc điểm là xu páp được bố trí trên nắp máy

còn trục cam có thể đặt trong than máy hoặc đặt trên nắp máy gồm có: trục cam, con đội,
đũa đẩy, vít điều chỉnh khe xu páp, cần mở, lò xo, ống dẫn hướng và xu páp.


5

Sơ đồ cấu tạo xu páp treo
Trường hợp cơ cấu phân phối khí chỉ có một trục cam đặt trên nắp máy, xu páp có
thể bố trí một hang hoặc hai hang. Ngoài ra có thể dùng hai trục cam dẫn động riêng từng
loại xu páp, một trục cam dẫn động cho xu páp nạp và một trục cam dẫn động cho xu páp
xả. khi trục cam đặt trên nắp máy, cơ cấu phân phối khí xu páp treo không có đũa đẩy và
được dẫn động bằng xích hoặc đai truyền hình thang.
Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu xu páp treo như sau:
Khi trục cam quay do trục khuỷu dẫn động, cam trên trục cam đẩy con đội đi lên
qua đũa đẩy, vít điều chỉnh làm cho đòn bẩy ấn xu páp đi xuống để mở cửa nạp hoặc cửa
xả.
Trục cam tiếp tục quay, cam quay xuống, lò xo căng ra đẩy xu páp đi lên đóng dần
cửa nạp hoặc cửa xả. khi con đội tiếp xúc tại vị trí thấp nhất của cam thì cửa nạp hoặc cửa
xả được đóng kín hoàn toàn.
Nếu động cơ tiếp tục làm việc, trục cam tiếp tục quay thì quá trình làm việc của cơ
cấu phân phối khí xu páp treo lại được lặp lại như trên.


6

Trục cam đặt trên nắp máy
Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp treo có nhiều chi tiết hơn cơ cấu phân phối khí
dùng xu páp đặt và được bố trí ở cả than máy và nắp máy nên làm tăng chiều cao của
động cơ. Lực quán tính của các chi tiết tác dụng lên bề mặt cam và con đội lớn hơn. Nắp
máy phức tạp hơn nên khó gia công chế tạo. tuy nhiên do xu páp bố trí trong phần không

gian của xi lanh dạng treo nên buồng cháy rất gọn nên tăng được tỉ số nén của động cơ và
giảm được kích nổ ở động cơ xăng. Đồng thời dòng khí lưu động thuận tiện nên ít tổn
thất, tạo điều kiện xả sạch và nạp đầy. vì những ưu điểm trên nên cơ cấu phân phối khí
dùng xu páp treo được sử dụng phổ biến cho cả động cơ xăng và động cơ diesel.
b) Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt
Trong động cơ xăng 2 kì không có xu páp, quá trình thay khí được tiến hành đồng
thời vào lúc pít tong ở điểm chết dưới để thay đổi hay quét khí, áp suất khí trời phải lớn
hơn áp suất khí cháy trong xi lanh. Vì vậy ở động cơ 2 kì này các te là buồng chứa khí
còn pít tong đi xuống để nén khí trong các te, làm cho áp suất khí tăng lên. Khi pít tong
mở cửa xả và cửa thổi thì hòa khí từ các te theo đường dẫn qua cửa thổi vào phía trên pít


7

tong để thổi khí cháy còn sót lại trong xi lanh và nạp đầy xi lanh. Khi pit tong đi lên đậy
kín cửa thổi và cửa xả, quá trình thay khí kết thúc. Như vậy pit tong ở đây có tác dụng
như một van trượt đóng mở cửa nạp, cửa thổi và cửa xả.
Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt có cấu tạo đơn giản, không phải điều chỉnh,
sửa chữa nhưng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình đổi khí.
c) Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp
Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp nghĩa là vừa có xu páp, vừa có van trượt, được dùng
trong động cơ diesel 2 kì loại có cửa thổi và xu páp xả.
Trong cơ cấu phân phối khí hỗn hợp, pít tong có tác dụng như một van trượt để
đóng mở cửa thổi, còn cửa xả được đóng mở bằng xu páp.
1.2. Quy trình tháo, lắp cơ cấu phân phối khí
a) Quy trình tháo, lắp cơ cấu phân phối khí xu páp treo
•

Quy trình tháo:

Tháo nắp máy ra khỏi động cơ (theo quy trình riêng).
Tháo trục đòn bẩy và đòn bẩy xu páp
Đánh dấu các xu páp theo thứ tự
Lắp kìm ép vào xu páp và ép lò xo lại
Tháo móng hãm khỏi đuôi xu páp
Tháo kìm ép lò xo ra
Lấy lò xo, đĩa lò xo và xu páp ra
Tháo ống dẫn hướng
Tháo đế xu páp
Tháo trục đòn bẩy và đòn bẩy
Làm sạch các chi tiết để kiểm tra, sửa chữa các chi tiết.
• Quy trình lắp:
Sau khi sửa chữa các chi tiết được vệ sinh sạch sẽ và được lắp vào động cơ theo quy
trình ngược lại quy trình tháo.


8

Sử dụng dụng cụ ép lò xo xu páp treo
b) Quy trình tháo, lắp cơ cấu phân phối khí xu páp đặt
• Quy trình tháo:
Tháo nắp giàn xu páp;
Đánh dấu các xu páp theo thứ tự xi lanh;
Lắp kìm ép lò xo xu páp vào và ép lò xo lại;
Tháo mòng hãm hkỏi đuôi xu páp;
Tháo kìm ép lò xo ra;
Lần lượt lấy đĩa lò xo, lò xo và xu páp ra;
Tháo ống dẫn hướng;
Tháo đế xu páp;
Làm sạch các chi tiết để kiểm tra, sửa chữa .

• Quy trình lắp ngược lại quy trình tháo.
• Các chú ý chung khi tháo, lắp cơ cấu phân phối khí:
Đánh dấu các xu páp theo thứ tự của xi lanh nếu chưa có dấu.
Các chi tiết của cơ cấu xu páp phải được đặt trong giá đỡ sau khi tháo ra khỏi nắp
máy.
Lắp kìm ép lò xo phải chắc chắn và khi tháo kìm phải thả từ từ để tránh văng lò xo
gây tai nạn, văng mất móng hãm
Khi lắp, bôi dầu nhờn vào các mặt ma sát của các chi tiết (thân xu páp, gối đỡ trục
cam, trục đòn bẩy).
Lò xo của xu páp có bước xoắn khác nhau, bước xoắn ngắn lắp về phía mặt tựa cố
định (phía đầu xu páp).


9

Sau khi lắp phải điều chỉnh khe hở xu páp đúng khe hở quy định của từng loại động
cơ.
1.3. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ:
Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ chỉ chiếm
khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Quá trình thải trong động cơ hai kỳ chủ yếu
dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài. Ở
quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng
có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới. Chất lượng các quá trình thải
sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào
đặc điểm của hệ thống quét thải.
Hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau:

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song:

10
1

2

3

Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí
1 – Piston; 2 – Thanh truyền; 3 - Trục khuỷu
Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ.
Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra không khí quét. Cửa quét thường đặt
xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng không khí quét trong
xilanh.
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm:
Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn.
Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm xilanh
một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp
xilanh mới vòng xuống cửa thải.
Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của động cơ và
áp suất không khí quét lớn.
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp:


11

Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong có bố trí
van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mới
vào hàng lổ phía trên.
Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu có nhiều van tự động nên phức tạp. Chiều cao
các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công tác của động

cơ.
+ Hệ thống quét vòng đặt một bên:
Chỉ sử dụng cho các động cơ hai kỳ tĩnh tại, động cơ tàu thủy cỡ nhỏ có tốc độ trung
bình.
Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm cửa quét
nghiêng xuống một góc 150. Trong hệ thống có thể có van xoay để đóng cửa thải sau khi
kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét.
+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:
6

5

7
8

4

9

2

10

3
1

Cơ cấu quét thẳng qua xupáp thải
1 – Ống dẫn hướng; 2 - L ò xo xupáp; 3 – Đĩa lò xo; 4 - Móng hãm; 5 – Xupáp;
6 - Đ òn bẩy; 7 - Đ ũa đẩy; 8 - Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam.
Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến. Xupáp thải được

đặt trên nắp xilanh. Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo
xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy và khí thải
được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn.


12

Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn. Cửa quét đặt
theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vận động
xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời
làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong quá trình quét khí.

b)

a)

d)

c)

e)

Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ.
a) - Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh; b) - Hệ thống quét vòng đặt ngang theo
hướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp;
d) - Hệ thống quét qua xupáp thải; e) - Hệ thống quét vòng đặt một bên.
1.4. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ:
Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới được thực hiện
bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rất đa dạng. Tùy theo cách bố
trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳ thành nhiều

loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo, cơ cấu phối khí dùng xupáp đặt…
I.4.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp:
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt:
Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động
xupáp thông qua con đội. Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có thể bố trí theo nhiều
kiểu khác nhau: Bố trí xen kẽ hoặc bố trí theo từng cặp một. Khi bố trí từng cặp xupáp


13

cùng tên, các xupáp nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành
đơn giản hơn.
5
8
1

2
4
3

9

10

Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt.
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 – Đòn
bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;
Ưu điểm của phương án này là chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu của nắp xilanh
đơn giản, dẫn động xupáp cũng dễ dàng.
Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy không gọn, có dung tích lớn. Một khuyết điểm

nữa là đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạp cho việc đúc và gia công thân
máy, đường thải, nạp khó thanh thoát, tổn thất nạp thải lớn.
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo:
Xupáp đặt trên nắp máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội, đũa đẩy, đòn
bẩy hoặc trục cam dẫn động trực tiếp xupáp.
Khi dùng xupáp treo có ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền
nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt.
Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều kiện thiết kế để dòng khí lưu
thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết diện
lưu thông của dòng khí.


14

Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như
dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp xilanh hết
sức phức tạp, rất khó đúc và gia công.
Để dẫn động xupáp, trục cam có thể bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếp hoặc
dẫn động qua đòn bẫy. Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy,
xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy…
1 23 4

5

6

7

8
9

10

Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo.
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 – Đòn
bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;
Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, dẫn động xupáp rất phức tạp. Có thể sử dụng
phương án dẫn động xupáp dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy, hoặc
có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp.


15

Các phương án dẫn động xupáp.
a) – Các xupáp được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b) – Xupáp được dẫn động trực tiếp;
c) – Xupáp được dẫn động thông qua đòn bẫy.
Trong một số động cơ xăng, xupáp có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupáp nạp đặt trên
thân máy còn xupáp thải lắp chéo trên nắp xilanh. Khi bố trí như thế kết cấu của cơ cấu
phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện lưu thông rất nhiều do đó có
thể tăng khả năng cường hóa động cơ. Kết cấu này thường dùng trong các loại động cơ
xăng tốc độ cao.
Kết luận: So sánh ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí xupáp đặt và treo thấy
ε
rằng: Động cơ diezel chỉ dùng xupáp treo, do tạo được cao còn động cơ xăng có thể
dùng xupáp treo, hay đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo.
Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí kiểu treo có hiệu suất nhiệt cao hơn. Dùng hệ
thống phân phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu quy lát rất phức tạp và dẫn động cũng
phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt. Hệ thống phân phối khí xupáp treo
chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kỳ.
1.4.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam:

Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy:
Loại trục cam đặt trong hộp trục khuỷu được dẫn động bằng bánh răng cam. Nếu
khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp bánh răng. Nếu
khoảng cách trục lớn, phải dùng thêm các bánh răng trung gian hoặc dùng xích răng.


16

Loại trục cam đặt trên nắp máy. Dẫn động trục cam có thể dùng trục trung gian dẫn
động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng. Khi dùng hệ thống bánh răng côn cần có ổ
chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc trục. Khi trục cam dẫn động
trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống trượt, trục cam dẫn động qua đòn quay.
Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản, do cặp
bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền.
Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam
ở khoảng cách lớn.. Khi xích bị mòn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân phối.


17

a)

b)

c)

d)

e)

Các phương án dẫn động trục cam.
a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng
trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích.
1.5. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:
1.5.1. Trục cam:
Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở xupáp hút và thải
đúng theo chu kì hoạt động của động cơ.

Kết cấu trục cam.
1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm xăng; 5 –
Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn.
Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh. Thời điểm đóng mở xupáp


18

phụ thuộc vào biên dạng cam. Trục cam bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các cổ
trục. Ngoài ra trên một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam dẫn động bơm xăng,
bơm cao áp vv…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm việc, góc
độ phối khí và số kì của động cơ. Cam có thể được chế tạo liền trục hoặc có thể làm rời
từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc.
Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như thép
15X, 15MH, 12XH ... hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40 hoặc thép
45. Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của mặt đầu trục
cam…) đều thấm than và tôi cứng.
+ Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ. Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là i thì: Số
cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ điêzen. Số cổ loại trốn cổ Z = (i/2 + 1)
thường dùng ở động cơ xăng.
÷

Các cổ phải mài bóng, bề mặt có độ cứng đạt 50 60 HRC. Nếu trục cam lắp luồn thì
kích thước cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam.
Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu mài mòn
như ba bít, hợp kim đồng chì, hợp kim nhôm.
Trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân hay nắp
xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấu này dùng ở
động cơ công suất lớn và một số động cơ có trục cam đặt trên nắp xilanh.
+ Ổ chắn dọc trục:
Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (khi trục cam, thân máy hoặc
nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răng nghiêng
dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ
chắn dọc trục. Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc
bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động. Còn khi dùng
bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam vì trong trường hợp
này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân máy có giãn nở khác nhau
cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trường hợp dùng bánh răng
nghiêng và bánh răng côn.


19

Kết cấu đầu trục cam.
1 – Vỏ máy; 2 – Bulông hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng chắn; 6 - Ổ đỡ
trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động; 9 – Then;
10 – Bánh răng dẫn động trục cam.

Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa
trục cam và cơ cấu dẫn
•

a) Hiện tượng hư hỏng

Trong quá trình làm việc trục cam thường có các hiện tượng hư hỏng như:
Trục cam bị cong và các cam bị mòn. Mặt cam bị mòn làm cho khe hở xu páp tăng
lên, do đó hoà khí hoặc không khí nạp vào không đủ và khí cháy ra khỏi xi lanh không
hết, công suất động cơ giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng lên.
Ngoài ra, trục cam có thể bị nứt gãy, mòn cam lệch tâm dẫn động bơm nhiên liệu,
mòn gãy các răng của bánh răng dẫn động bơm dầu, cháy hỏng ren và rãnh then.
Bạc lót bị mòn, cháy.
Bánh răng dẫn động trục cam , trong quá trình làm việc mạt tiếp xúc của răng có thể
bị mòn, tróc rỗ và dính. Ngoài ra, đôi khi có răng còn bị gãy nhưng hiện tượng hư hỏng
hay gặp nhất là mặt tiếp xúc của răng bị mòn cam bị mòn, dẫn đến khe hở ăn khớp của
các bánh răng quá lớn, động cơ làm việc có tiêng kêu.
Trong quá trình làm việc, xích bị mòn nhiều, đặc biệt là bạc và chốt, làm cho bước
xích tăng lên, nên không ăn khớp với đĩa xích. Khi động cơ làm việc, đặc biệt là khi tốc
độ thay đổi hoặc tải trọng tăng thì dễ bị tuột xích và có tiếng kêu.
b) Nguyên nhân hư hỏng:

Do các chi tiết chịu ma sát lớn trong quá trình làm việc, thiếu dầu bôi trơn, dầu bôi
trơn bẩn


20

Do quá trình lắp ghép không đúng yêu cầu kỹ thuật, bảo dưỡng không đúng định kỳ.
c) Phương pháp kiểm tra

Kiểm tra các vết nứt, xước các bộ phận của trục cam, bánh răng cam hoặc xích hay
dây đai dẫn động: có thể dùng kính phóng đại hoặc mắt thường để kiểm tra phát hiện hư
hỏng.

Kiểm tra trục cam bị cong: Bằng cách đặt trục cam giữa hai mũi chống tâm của máy
tiện hoặc khối V (hình vẽ .).

Kiểm tra độ cong của trục cam

Đặt mũi dò của đồng hồ so trên mỗi cổ trục, quay trục cam và quan sát đồng hồ. Độ
đảo hoặc độ lệch tâm chỉ ra trên đồng hồ là giá trị cong hoặc không thẳng của trục cam.
Kiểm tra độ nâng của mấu cam :
Có thể được kiểm tra với trục cam ở trong hoặc ngoài động cơ. Hình thể hiện cách
kiểm tra độ nâng của cam bằng một pan me đo ngoài với trục cam nằm ngoài động cơ.

Kiểm tra độ nâng của mấu cam


21

Kiểm tra khe hở lắp ghép giữa giữa cổ trục và bạc lót:
Có thể dùng miếng plastigage hoặc dây chì để kiểm tra
Hình
thể hiện phương pháp kiểm tra bằng cách sử dụng plastigage ở một động cơ
trục cam đặt trên nắp máy. Làm sạch bề mặt lót, đặt một miếng plastic ngang qua mỗi cổ
trục, lắp nắp đậy trục cam và xiết chặt đến mô men quy định. Sau đó tháo các nắp ra sử
dụng dụng cụ đo và đo độ dày của mảnh plastic đã bị dát mỏng, giá trị đo chính là khe hở
lắp ghép giữa giữa cổ trục và bạc lót.

Kiểm tra khe hở giữa trục và bạc lót

Kiểm tra độ mòn của bánh răng cam
Muốn kiểm độ mòn của bánh răng cam bằng cách kiểm tra khe hở ăn khớp giữa bánh
răng cam với bánh răng trục khuỷu.

Có thể dùng căn lá đo ở ba vị trí cách nhau 1200 rồi lấy trị số trung bình hoặc dùng
dây chì có đường kính 1 - 2 mm đặt vào giữa hai bánh răng ăn khớp rồi quay bánh răng,
sau đó lấy ra và dùng pan me hoặc thước cặp để đo chiều dày của dây chì sau khi bị ép.


22

Kiểm tra độ dịch dọc của trục cam

d) Phương pháp sửa chữa

Trục cam hay trục phối khí được chế tạo bằng thép các bon hay thép hợp kim, được
gia công nhiệt luyện và mài bóng, điều kiện bôi trơn tương đối tốt nên mòn chậm. Do đó,
chỉ 2 - 3 lần sửa chữa lớn mới mài lại trục cam.
Mặt cam không được mòn quá 0,5 - 0,8 mm, nếu mòn quá trị số này thì phải mài láng
trên máy mài hoặc máy tiện chuyên dùng. Trường hợp, mặt cam bị mòn quá mà chiều
dày lớp thấm than hay các bon chỉ còn nhỏ hơn 0,6 mm thì có thể hàn đắp bằng que hàn
hợp kim đặc biệt rồi mài theo kích thước quy định. Khi cần thiết phảI thay trục cam mới.
Trục cam bị cong không quá 0,025 mm, nếu vượt quá giá trị đó có thể nắn lại bằng
cách ép nguội để khỏi làm ảnh hưởng đến thời gian phối khí và độ mở của xu páp cũng
như sự mài mòn cổ trục và bạc lót.
Khi khe hở lắp ghép giữa cổ trục cam và bạc lót lớn hơn 0,02 mm thì phải thay bạc
mới. Độ dôi lắp ghép giữa bạc lót và gối đỡ thường bằng 0,01 - 0,08 mm.
Để thay thế bạc lót trục cam bị mòn hoặc hư hỏng, bằng cách sử dụng một dụng cụ


23

lắp bạc bằng ren (hình 21 - 33) hay một đầu đóng (hình 21 - 34) Sau khi lắp bạc vào gối
đỡ trục cam, yêu cầu các lỗ dầu trong bạc phải trùng với các lỗ dầu trong nắp máy hoặc

thân máy và cần phải kiểm tra độ dịch dọc của trục cam bằng căn lá (hình ) hoặc đồng
hồ đo (hình ).

Thay bạc lót trục bằng dụng cụ lắp bạc ren
Bánh răng dẫn động trục cam bị mòn quá phải thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại.
Nếu xích dẫn động bị rão quá thì phải thay mới và tuỳ từng trường hợp mà thay cả đĩa
xích cho thích hợp. Trong một số trường hợp, nếu không có điều kiện thay mới, có thể
lộn xích lại bằng cách tháo rời các mắt xích rồi xoay chốt và bạc một góc 900 theo đường
tâm để khôI phục lại bước xích ban đầu nhưng phương pháp này ít được sử dụng vì xích
sử dụng lại không được lâu.
Khi đĩa xích bị mòn phải thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại.
Thay thế dây đai mới nếu phát hiện bất cứ hiện tượng hư hỏng nào ở dây đai.


24

Thay bạc lót trục cam sử dụng một đầu đóng

YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA TRỤC CAM VÀ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG
T

Yêu cầu kỹ thuật

Giới hạn cho
T
phép
1
Độ cong của trục cam
0,025 mm
2

Độ côn và độ ô van của cổ trục cam
0,02 mm
3
Khe hở giữa trục cổ trục cam và bạc lót
0,02 – 0,04 mm
4
Độ dôi của bạc vào gối đỡ
0,01 - 0,08 mm
5
Độ mòn của cam
0,5 - 0,8 mm
6
Độ rơ dọc của trục cam
0,6 – 0,1 mm
7
Khe hở giữa bánh răng cam và bánh răng cơ
0,4 – 0,7 mm
8
Tróc bề mặt làm việc của răng trên bánh răng
Không quá 5 %
cam
9
Độ mòn chiều rộng của rãnh then
0,055 mm
1.5.2. Con đội:
Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam đến xupáp
thông qua đũa đẩy và đòn bẩy.
Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò xo
xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động.
Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được tôi

25

cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
Con đội có thể chia làm 3 loại chính:
+ Con đội hình nấm và hình trụ:
Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng
cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được khoét
÷

rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có r c lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2 0,3)
mm. Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt cam) khi
đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam.
Khi mặt tiếp xúc là mặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránh được
hiện tượng cào xước.
Loại con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp đặt.
Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu của thân.

Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm.
+ Con đội con lăn: Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn. Lò xo chặn có tác dụng
không cho con đội xoay. Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để con đội hoạt
động đúng hướng.